结合小波变换和独立分量分析的肌电信号处理新方法

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慢性阻塞性肺疾病(ChronicObstructivePulmonaryDisease,简称COPD)是一种严重的慢性呼吸系统疾病,死亡率高,它与呼吸肌疲劳有着密切的关系。而膈肌是重要的吸气肌,故它常被用来监测人的呼吸系统的状况和判断膈肌疲劳等症状。 膈肌肌电信号(Electromyographyofdiaphragm,简写EMGdi)中携带有人的呼吸机制的重要信息,是微弱的生物电信号,膈肌肌电频谱95%集中在20-250Hz范围之间,其中20-46Hz为低频范围,150Hz-350Hz为高频范围。在采集过程中往往带入很多噪声和干扰,其中的干扰心电信号(ECG)能量很大,频谱集中在1-50Hz的低频窄带范围里,与EMGdi信号的低频部分重叠,比较难消除,这严重影响了EMGdi的信号分析质量。而现在的几种处理方法存在着有用信息保留少、人为因素多、准确性差等问题。 小波变换是一种时频局部化、多分辨率分析方法,对临床上的非平稳信号的处理具有独特的优越性。而独立分量分析法可以在强的随机性和背景噪声中实现信号与噪声的分离,同时最低限度地减少有用信息的损失且不需要另外的参考信号。本文针对EMGdi的宽带弱信号非平稳、而ECG窄带强信号且两者频谱有重叠的特点,为了去除EMGdi信号中的各种噪声包括心电干扰,提出了一种结合小波变换和独立分量分析的新方法。该方法的主要思路是:首先,采用db4小波对EMGdi信号作尺度二上的分解得到近似分量a2和细节分量d1、d2;然后对d1和d2进行小波阀值法去除肌电信号中的高频噪声得到newd1、newd2,同时也提高肌电信号能量;另外对a2通过独立分量分析法(ICA)将低频段中的心电信号独立分离出来去除掉,得到不带心电干扰的newa2;最后对新的近似分量newa2和细节分量newd1、newd2作信号的小波重建,就得到了去除各种高频噪声和ECG干扰后的newEMGdi。 通过对临床数据的五通道肌电信号进行实验和分析,并与其它的几种方法包括自适应结合小波变换方法做比较。结果表明该方法取得了较好的效果。但还需要此方法作进一步的研究,并可以考虑与labview相结合,以提高可靠性,并逐步做到实时处理。
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